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Información del Plan Docente
Año académico 2017/18
Centro académico 100 - Facultad de Ciencias
Titulación 447 - Graduado en Física
Créditos 5.0
Curso 4
Periodo de impartición Segundo Semestre
Clase de asignatura Optativa
Módulo ---
1.Información Básica
1.1.Introducción
Breve presentación de la asignatura
Esta asignatura está dirigida a los estudiantes del grado que quieran comprender y estudiar la física involucrada el los
procesos biológicos a nivel celular. La asignatura adopta un aproximación multidisciplinar en la que los mecanismos
biológicos son abordados desde distintos campos de la física: electromagnetismo, física de fluidos, física estadística etc.
El alumno adquirirá conocimientos y competencias en un campo extraordinariamente activo en la investigación y
docencia en las principales universidades del mundo.
1.2.Recomendaciones para cursar la asignatura
Se recomienda haber cursado Biología, Física Computacional, Termodinámica y Física Estadística. Se recomienda la
asistencia continua a las clases, así como la realización de los problemas propuestos periódicamente.
1.3.Contexto y sentido de la asignatura en la titulación
La asignatura se imparte en el segundo semestre de 4o Curso del grado cuando el alumno ha adquirido los
conocimientos básicos las disciplinas clásicas de la física: mecánica, electromagnetismo, física cuántica, termodinámica
y física estadística. Es el momento para abordar una asignatura que compendia y utiliza herramientas de todas ellas. El
alumno aplicará sus destrezas en el estudio de una disciplina que le obliga a adoptar una visión global de la física. En
este aspecto la asignatura no sólo es interesante desde un punto de vista académico sino también desde la formación
metodológica e integral del estudiante.
1.4.Actividades y fechas clave de la asignatura
Las clases de teoría y de problemas se imparten a lo largo del segundo semestre (fechas pendientes de aprobación) del
cuarto curso del Grado en Física.
Las clases prácticas se impartirán en sesiones de tarde.
Sesiones de evaluación: Las sesiones de evaluación mediante una prueba escrita global son las que el Decanato de la
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Facultad de Ciencias determina y publica cada año en su página web.
2.Resultados de aprendizaje
2.1.Resultados de aprendizaje que definen la asignatura
El estudiante, para superar esta asignatura, deberá demostrar los siguientes resultados...
Estimar las escalas de las magnitudes físicas a nivel molecular y celular.
Aplicar las ecuaciones relevantes del movimiento browniano (difusión) al problema del transporte dentro de la célula y
otros problemas relacionados.
Obtener las propiedades mecánicas y térmicas de biopolímeros (DNA, RNA y proteínas) y membranas.
Obtener los mecanismos de interacción molecular en el interior de la célula.
Derivar las ecuaciones básicas para la transmisión de señales en neuronas.
Entender y plantear el funcionamiento de las redes de regulación genética, metabólicas y de control.
2.2.Importancia de los resultados de aprendizaje
Tras cursar la asignatura el alumno el alumno habrá adquirido la capacidad de integrar los conocimientos de la física
contemporánea en una disciplina distinta. Tendrá conciencia de la importancia de tener una formación científica global y
de las dificultades de los estudios multidisciplinares. Por otra parte los conocimientos específicos adquiridos suponen un
punto de partida para la profundización en estudios de postgrado (master y doctorado) específicos en biofísica, física
médica o física de sistemas complejos.
3.Objetivos y competencias
3.1.Objetivos
La asignatura y sus resultados previstos responden a los siguientes planteamientos y objetivos:
La Física Biológica es el estudio de la física de los procesos biológicos. Muchos físicos (como Schrödinger, Delbrück o
Crick) han participado en el desarrollo de los principios físicos por los que los seres vivos se desarrollan, se adaptan y
crecen. La física biológica es una disciplina aplicada en el límite entre la física y la biología. La física ha contribuido, de
manera decisiva en la comprensión de los fenómenos biológicos, tanto desde un punto de vista experimental como
teórico. El estudio de la estructura y dinámica de biomoléculas (DNA, RNA y proteínas) es posible gracias a nuevas
técnicas experimentales desarrolladas en departamentos de física y nanociencia. Por otra parte, los físicos están
aprovechando sus capacidades de modelización para construir teorías para entender sistemas tan diversos como la
estructura celular, las redes de neuronas, la fotosíntesis o la diferenciación celular. Los nuevos métodos de simulación
permiten entender a nivel atómico y molecular las interacciones dentro de la célula. A nivel macroscópico, la biología de
sistemas aprovecha la teoría de sistemas no lineales y redes para explicar la supervivencia de los seres vivos y su
adaptación a su medio ambiente. Los fenómenos asociados a la vida aparecen, por tanto, como sistemas complejos con
propiedades emergentes que sólo se pueden entender desde una aproximación interdisciplinar.
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El objetivo fundamental de la asignatura es que el alumno adquiera un conocimiento global de los problemas que están
en la frontera entre física y biología, adquiera habilidades para el trabajo y estudio multidisciplinar y se inicie en la lectura
y comprensión de literatura científica reciente y de alto impacto.
3.2.Competencias
Al superar la asignatura, el estudiante será más competente para...
Capacidad de trabajo y comunicación en un campo interdisciplinar.
Comprender la estructura de la célula como sistema físico complejo.
Emplear los modelos físicos adecuados para explicar sistemas biológicos.
Comprender los mecanismos para el movimiento de objetos a número de Reynolds bajo.
Utilizar las técnicas de la física estadística en equilibrio y fuera del equilibrio en problemas biológicos
Entender la relación entre estructura y función basándose en principios generales.
Comprender y obtener las principales interacciones entre moléculas biológicas.
Comprender los mecanismos de autoorganización de sistemas biológicos.
4.Evaluación
4.1.Tipo de pruebas, criterios de evaluación y niveles de exigencia
El estudiante deberá demostrar que ha alcanzado los resultados de aprendizaje previstos mediante las
siguientes actividades de evaluacion
Evaluación continuada del aprendizaje del alumno mediante la resolución de problemas, cuestiones y otras actividades
propuestas por el profesorado de la asignatura. El estudiante deberá presentar a final de curso un compendio de todos
los problemas y actividades realizadas (40% de la nota final).
Realización de una prueba teórico-práctica a lo largo del curso (30% de la nota final)
Estudio y presentación de trabajos científicos relacionados con los contenidos de la asignatura. Se proporcionará al
estudiante una serie de trabajos que deberá estudiar y discutir a lo largo del curso (30% de la nota final).
El alumno podrá obtener el 100% de la calificación final de la asignatura a través de las actividades 1, 2, 3. Dicha
calificación final será hecha pública al finalizar el periodo lectivo de la asignatura.
Superación de la asignatura mediante una prueba global única
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Dicha prueba global consistirá en un examen escrito (70% de la nota final) y la evaluación del informe de un trabajo
propuesto por el profesor (estudio y análisis de un artículo relacionado con la asignatura, que s) y la defensa pública del
mismo (30% de la nota final).Los alumnos que hayan superado la actividad 3 podrán ser eximidos de realizar la
presentación del trabajo dentro de la prueba global única.
Dicha prueba global consistirá en un examen escrito (70% de la nota final) y la evaluación del informe de un trabajo
propuesto por el profesor (estudio y análisis de un artículo relacionado con la asignatura, que s) y la defensa pública del
mismo (30% de la nota final).
Los alumnos que hayan superado la actividad3 podrán ser eximidos de realizar la presentación del trabajo dentro de la
prueba global única.
5.Metodología, actividades, programa y recursos
5.1.Presentación metodológica general
El proceso de aprendizaje que se ha diseñado para esta asignatura se basa en lo siguiente:
Lecciones magistrales: Presentan al alumno los contenidos teóricos básicos para la adquisición de las competencias. El
desarrollo de la clase permite la discusión y la participación del alumno.
Realización de problemas en grupo: El alumno deberá resolver y exponer la solución (o las dificultades encontradas en el
camino hacia ella) de los problemas planteados por los profesores. La asignatura permite que los problemas se planteen
desde distintos puntos de vista y da lugar a la discusión.
Practicas de Laboratorio y simulación: Permitirá al alumno comprobar y poner en práctica conocimientos adquiridos en
las sesiones teóricas.
Estudio y presentación de trabajos científicos: El alumno adquirirá competencias en el estudio y análisis de bibliografía
avanzada y en el estudio de casos, de forma que integrará los conocimientos y técnicas adquiridos durante el curso. Así
mismo proporcionará al alumno destrezas en la presentación y discusión de resultados científicos.
5.2.Actividades de aprendizaje
El programa que se ofrece al estudiante para ayudarle a lograr los resultados previstos comprende las
siguientes actividades...
Trabajo presencial 2 ECTS (50 horas) distribuidos de la siguiente manera:
1A .- Clases magistrales participativas (30 horas). En estas clases se presentarán los siguientes contenidos:
I . FUNDAMENTOS
0.- Física y Biología. Motivación e Introducción histórica.
1.- Repaso de Biología Molecular y Celular. Moléculas biológicas: DNA, RNA y proteínas. Membranas.
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2.- Caminatas aleatorias y difusión.
3.- Física Estadística en equilibrio y fuera del equilibrio.
4.- La vida a bajo número de Reynolds.
II. APLICACIONES.
5.- Propiedades del agua.
6.- Física de Biopolímeros.
7.- Fenómenos cooperativos.
8.- Fenómenos de autoorganización.
9. - Máquinas moleculares: enzimas y motores moleculares.
10.- Membranas y física del sistema nervioso: neuronas y redes.
11.- Biología de sistemas. Redes de regulación genética.
Apéndice: Métodos de Simulación Numérica en Biomoléculas.
1B .- Clases de resolución de problemas en grupo y presentación de artículos (17 horas).
1C .- Prácticas de laboratorio y/o simulación (3 horas).
Estudio de trabajos científicos en el contexto de la asignatura 0.9 ECTS (22.5 horas).
Estudio y trabajo no presencial por parte del alumno 2 ECTS (50 horas)
Evaluación 0.1 ECTS (2.5 horas).
5.3.Programa
I . FUNDAMENTOS
0.- Física y Biología. Motivación e Introducción histórica.
1.- Repaso de Biología Molecular y Celular. Moléculas biológicas: DNA, RNA y proteínas. Membranas.
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2.- Caminatas aleatorias y difusión.
3.- Física Estadística en equilibrio y fuera del equilibrio.
4.- La vida a bajo número de Reynolds.
II. APLICACIONES.
5.- Propiedades del agua.
6.- Física de Biopolímeros.
7.- Fenómenos cooperativos.
8.- Fenómenos de autoorganización.
9. - Máquinas moleculares: enzimas y motores moleculares.
10.- Membranas y física del sistema nervioso: neuronas y redes.
11.- Biología de sistemas. Redes de regulación genética.
Apéndice: Métodos de Simulación Numérica en Biomoléculas.
5.4.Planificación y calendario
Calendario de sesiones presenciales y presentación de trabajos
El calendario de las sesiones presenciales será el establecido por la Facultad de Ciencias y será anunciado con
anticipación.
Se programarán 4 horas semanales presenciales. Se prevé dedicar 3 horas a la semana para contenidos teóricos y 1 a
resolución de problemas en grupo y/o a la presentación y discusión de los artículos.
El calendario sesiones prácticas (1 práctica de laboratorio y un tutorial de simulación numérica) se determinará
dependiendo del número de alumnos matriculados.
5.5.Bibliografía y recursos recomendados
• BB Dill, Ken A.. Molecular driving forces : statistical thermodynamics in Chemistry and Biology / Ken A. Dill, Sarina
Bromberg, with de asistance of Dirk Stiger on the electrostatics chapters New York; London : Garland Science,
2002
• BB Essential cell biology / Bruce Alberts ... [et al.] . - 3rd ed. New York : Garland Science, cop. 2010
• BB Nelson, Philip Charles. Biological physics : energy, information, life / Philip Nelson ; with the assistance of Marko
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Radosavljevic and Sarina Bromberg . - Update 1st ed., 2nd printing New York : W. H. Freeman, cop. 2008
• BB Nelson, Philip Charles. Física biológica : energía, información, vida / Philip Nelson ; con la colaboración de
Marko Radosavljevic y Sarina Bromberg ; [versión española por David Jou Mirabent] Barcelona : Reverté, D.L. 2005
• BB Phillips, Rob. Physical biology of the cell / Rob Phillips, Jane Kondev, Julie Theriot ; illustrated by Nigel Orme ;
with problems, solutions, and editorial assistance of Herman G. García . New York : Garland Science, cop. 2009
• BB Sneppen, Kim. Physics in molecular biology / Kim Sneppen, Giovanni Zocchi Cambridge : Cambridge University
Press, 2005
• BC Hoffmann, Peter M.. Life's Ratchet: How Molecular Machines Extract Order from Chaos. Perseus Books Group.
2012
• BC Monod, Jacques. El azar y la necesidad : ensayo sobre la filosofía natural de la biología moderna / Jacques
Monod . - 5a. ed. Barcelona : Tusquets, 1993
• BC Schrödinger, Erwin. ¿Qué es la vida? / Erwin Schrödinger ; Traducción y notas de Ricardo Guerrero . - 7ª
ed. Barcelona : Tusquets, 2008
• BC Stewart, Ian. Las matemáticas de la vida. Critica. 2011
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